基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的月降水預(yù)報模型在洪澤湖的應(yīng)用研究.pdf

1、摘 要長 期 降水 預(yù) 報 是對 未 來 一 個 月 或 者 一 個 季 度 的 降水 展 望 ， 在 水 庫 調(diào) 度 、防 洪防 災(zāi) 、 農(nóng) 業(yè) 灌 溉 方 面 有 很 重 要 的 作 用 ， 尤 其 是 在 農(nóng) 業(yè) 氣 象 上 ，長 期 降 水 預(yù) 報 的準(zhǔn) 確 度 如 果 稍 有 提 高 就 能夠 產(chǎn) 生 巨大 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。傳 統(tǒng) 的長 期 預(yù) 報 方 法 都 是 基于 歷 史 數(shù) 據(jù) 的統(tǒng) 計 分 析 ， 由預(yù) 報 員

2、 的客 觀 判 斷 來 決 定 。人工 神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 是 一種 模 擬 生物 神 經(jīng) 系 統(tǒng) 的模 型 ， 理論 上 它 可 以逼 近 任 意 的非線 性 函數(shù) 。長 期 降水 的物 理 影 響 因 素 非 常 復(fù) 雜 ， 目前 還 沒 有 完 善 的 理 論 基 礎(chǔ) 。利 用 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 來 進(jìn) 行 長 期 的 降 水 預(yù) 報 可 以不 需 要 清 楚 降 水 機(jī) 理 的情 況 下 進(jìn)行 預(yù) 報 。但 是 標(biāo) 準(zhǔn) 的 BP 網(wǎng)

3、絡(luò) 在 解 決 實(shí) 際 問題 時具 有 收斂 速 度 慢 、容 易 陷入 局 部極 小值 、 網(wǎng)絡(luò) 結(jié) 構(gòu) 沒有 完 善 的理 論 指 導(dǎo) 等 缺 點(diǎn) 。研 究 發(fā) 現(xiàn) ，一些 改進(jìn) 的算 法 可以彌 補(bǔ) 上 述 缺 點(diǎn) ，這 些 算 法 包 括 ： 附加 動 量 法 、 自適 應(yīng) 學(xué) 習(xí)率 、彈 性 BP 算 法 、牛 頓 法 、共 軛 梯 度 法 、模 擬 退 火 算 法 等 等 。本 文 基 于 標(biāo) 準(zhǔn) BP 算 法 的 原 理

4、， 針 對 標(biāo) 準(zhǔn) 算 法 的缺 陷 ， 在 動 量 - 自適 應(yīng) 學(xué) 習(xí) 率算 法 的基 礎(chǔ) 上 ，提 出 了 改 進(jìn) 的動 量 - 自適 應(yīng) 學(xué) 習(xí) 率 算 法 ，并 且 給 出 了算 法 的 流 程圖 。新 算 法 基 于 動 量- 自適 應(yīng) 學(xué) 習(xí)率 算 法 ，可 以有 效 的避 免 陷 入 局 部 極 小 值 ，大大 降低 訓(xùn) 練 的周 期 ，提 高 了收斂 效 果 。利 用 新 算 法 在 洪 澤 湖 地 區(qū) 的長 期 降水

5、 模 擬 預(yù) 報 ，并且 和 標(biāo) 準(zhǔn) BP 算 法 以及 其他 改進(jìn) 型 BP 算 法 進(jìn) 行 了實(shí)驗(yàn) 對 比 。 新 算 法 與 標(biāo) 準(zhǔn) 算 法 或 者 改進(jìn) 型 BP 算 法 比較 ，明顯 改 善 了 網(wǎng)絡(luò) 訓(xùn) 練 時 收 斂 的速 度 和 效 果 ，避 免 了 陷入 局 部 極 小 值 。并 且 新 算法 具 有 更 好 的穩(wěn) 定性 和 魯 棒 性 。關(guān) 鍵 詞 ：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 誤差反向 傳播算法 月降水預(yù)報 改進(jìn)的動量自 適應(yīng)學(xué)習(xí)率

6、算法目 錄1m t  l1. 1 長 期 降 水 預(yù)報 的研 究現(xiàn)狀  11 . 2 國 外 的 長 期 降 水 預(yù)報 方 法  11. 3 國 內(nèi)長 期 降水 預(yù)報 的現(xiàn)狀  31- 4 長 期 降 水 預(yù) 報 的 問題  51. 5 本 文 的主要工作和 結(jié)構(gòu)安排  61. 6 縫 ; S  72 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 的研 究 現(xiàn) 狀  82 . 1 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 的概 述  82 .2 神經(jīng)

7、 網(wǎng)絡(luò) 的學(xué) 習(xí)算法  92.3 神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 模 型  102 .3. 1 自適 應(yīng) 性 網(wǎng)絡(luò)  102 .3.2 單Jg 感 知 器 網(wǎng)絡(luò)  122 .3.3 離 散 Hopfiled 神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)  132 .3.4 Hamm ing 網(wǎng)絡(luò)  142 . 3.5 自組 織 神 經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)  162 . 4 本 章 小 結(jié)  173 BP 網(wǎng)絡(luò) 算 法  183 . 1 BP 網(wǎng)絡(luò) 的結(jié) 構(gòu)  183 .2

8、 BP 神 經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 的算法  203 .3 BP 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計  2 33 . 3.1 BP 網(wǎng)絡(luò) 訓(xùn) 練 數(shù) 據(jù) 的 歸一 化 處 理  243 .3.2 BP 網(wǎng)絡(luò) 層 數(shù) 及 各 層 節(jié) 點(diǎn) 數(shù)  253 .3.3 B P 網(wǎng)絡(luò) 初 始 權(quán) 值 的 選 取  253 .3.4 BP 網(wǎng)絡(luò) 學(xué) 習(xí) 率 的確 定  253 .3 .5 B P 網(wǎng)絡(luò) 的 傳 遞 函 數(shù)  263 .